Устройства использования пьезоэффекта в транспортных средствах

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям энергии, работающим на основе применения пьезокерамических материалов, и может быть использовано в любой области техники в качестве источника электроэнергии. Технический результат состоит в повышении эффективности. Устройство содержит ротор, имеющий механическую связь со ступицей транспортного средства, подпружиненные ролики, имеющие возможность незначительного перемещения по направлению действующей на пьезоэлементы нагрузки. Ролики взаимодействуют с группами пьезоэлементов, расположенных в отверстиях, выполненных в изолированном статоре. Количество роликов равно количеству групп пьезоэлементов. Пьезоэлементы в группах изолированы друг от друга и расположены плоскостями перпендикулярно действующей нагрузке и электрически соединены параллельно. Механическая связь ролика с пьезоэлементами осуществляется посредством токонепроводящих поджимов, имеющих впадины, а ролики имеют ответные круговые выступы. Поджимы связаны между собой гибкими связями с впадинами, совпадающими с впадиной роликов. Количество пьезоэлементов в группе выбирается в зависимости от желаемой выходного напряжения группы. Для создания необходимого постоянного напряжения, например для подзарядки аккумулятора транспортного средства, используется высокочастотный преобразователь напряжения, содержащий входной конденсатор, на обкладки которого подается высокое напряжение и расположенная между обкладками плоскостная выходная индуктивность, с которой снимается низкое напряжение. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к преобразователям энергии, работающим на основе применения пьезокерамических материалов, и может быть использовано в любой области техники в качестве источника электроэнергии.

Наиболее близким по технической сущности является Российский патент №2113757 (пьезоэлектрический генератор постоянного тока), содержащий ротор, приводящийся в движение от механической энергии, и статор, на котором закреплены один или несколько дисковых диморфных пьезоэлементов. С помощью закрепленных на роторе роликов осуществляется круговая деформация пьезоэлемента. Вследствие прямого пьезоэффекта на электродах пьезоэлемента генерируется постоянное напряжение.

Недостатком устройства является то, что при обратном пьезоэффекте происходит смена полярности напряжения за счет запасенной потенциальной энергии упругости пьезоэлемента, что значительно снижает эффективность работы устройства, а также то что при вращении ролика не возникает значительной силы воздействия на пьезоэлементы.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что вращающиеся ролики подпружинены, в результате чего возникает периодическая осевая сила, действующая на пьезоэлементы. При действии этой силы на выходе группы пьезоэлементов, соединенных параллельно, возникает напряжение, достигающее десятки тысяч вольт см. http://avrora-binib.ru/index.php?ltemid=36&id=95&option=com_content&task=view Для понижения этого напряжения используем высокочастотный понижающий трансформатор, согласно Российскому патенту №2504037, выходное напряжение которого с целью использования, например, для подзарядки аккумулятора, выпрямляем.

Устройство согласно фиг 1, 2, 3 содержит корпус 1 ротора, имеющий механическую связь, например, со ступицей 3. В корпусе имеются цилиндры, во внутреннюю полость которых вставляются хвостовики вилок 4, фиксируемые шпонками 11. Между корпусом 1 и вилками 4 с внешней стороны цилиндров размещены пружины 10, работающие на растяжение. Ролики 6, имеющие выступы, расположенные между зубьями вилок 4, с помощью валиков 6 и подшипников 12 имеют возможность кругового вращения. Выступы роликов при вращении ротора входят в пазы токонепроводящих поджимов 8, расположенных в отверстиях 13 токонепроводящего статора 2. В этих же отверстиях под поджимами располагаются пьезоэлементы 7, изолированные с двух сторон прокладками 9. С помощью проводов 14, 15 пьезоэлементы одной группы, находящиеся в одном отверстии 13, соединены параллельно. Устройство согласно фиг. 1, 2 содержит, например, 10 отверстий 13. Все 10 поджимов соединены гибкими связями 23 между собой. Если устройство имеет две пары роликов, каждая пара которых расположена на одной прямой симметрично относительно центра вращения, то при повороте на 36 градусов происходит взаимодействие роликов с пьезоэлементами сразу 4-х групп, в результате эти группы испытывают одновременное сжатие с силой взведенных пружин, вся механическая энергия которых и энергия вращения переходит согласно пьезоэлектрического эффекта в электрическую энергию. Таким образом, ротор имеет механическую связь со ступицей транспортного средства и содержит подпружиненные ролики, имеющие возможность незначительного перемещения по направлению действующей на пьезоэлементы нагрузки, которые взаимодействуют с группами пьезоэлементов, расположенных в отверстиях, выполненных в изолированном статоре, причем количество роликов может быть равно количеству групп пьезоэлементов, сами пьезоэлементы в группах изолированы друг от друга и расположены плоскостями нагрузки, при этом они электрически соединены параллельно. Механическая связь ролика с пьезоэлементами осуществляется посредством токонепроводящих поджимов, которые имеют впадины, а ролики - ответные круговые выступы, причем поджимы связаны между собой гибкими связями, имеющими впадину, совпадающую с впадиной роликов.

На фиг. 4 приведен пример получения импульсов напряжения при взаимодействии пары роликов одновременно на две группы пьезоэлементов. При взаимодействии ролика одновременно на 4 пьезоэлемента получаем временные диаграммы напряжений, которые вырабатываются каждым пьезоэлементом, см. фиг 4 а) слева, где положительная полуволна соответствует прямому пьезоэффекту, а отрицательная - обратному. Значит, с целью использования полной мощности при пьезоэффекте пьезоэлементы группы соединяем параллельно и располагаем один за другим плоскостями перпендикулярно действующей нагрузке. При параллельном соединении пьезоэлементов группы получаем сумму вырабатываемых ими мощностей см. фиг 4 а) справа. Таким образом, с увеличением пьезоэлементов в группе выходная мощность группы за счет суммирования токов увеличивается. Значит, изменяя количество пьезоэлементов в группе, можем создавать желаемую выходную электрическую мощность группы. При поочередном одновременном взаимодействии двух роликов с группами пьезоэлементов получаем временные диаграммы напряжений,изображенных на фиг 4 б). Значит, с увеличением количества роликов, снимаемая мощность с устройства увеличивается. Поэтому максимальную снимаемую мощность с устройства можем получить при условии, когда количество роликов равно количеству групп, содержащих как можно большее количество пьезоэлементов.

Изображенная на фиг 3 электрическая схема состоит из конденсатора с обкладками 16, 17, на которые подается с помощью проводов 14, 15 высоковольтное напряжение. Между обкладками имеется плоскостная катушка индуктивности 18, выход которой соединен с выпрямительным мостом 19, между выходными проводами 21, 22 которого получаем выпрямленное напряжение одной группы пьезоэлементов. Работа схемы заключается в том, что поступающие на конденсатор импульсы напряжения возбуждают ток смещения, с помощью которого возникает электрическое поле. Переменное электрическое поле индуктирует переменный ток в индуктивности, который выпрямляется выпрямителем. Ввиду того, что энергия заряженного конденсатора пропорциональна квадрату напряжения, а энергия индуктивности пропорциональна квадрату тока и, учитывая закон сохранения энергии, в резонансной работе схемы получаем на выходе индуктивности увеличенный ток нагрузки и пониженное напряжение. Для увеличения выходной мощности устройства полученные напряжения групп соединяем параллельно.

Предлагаемое изобретение может служить в качестве датчика, определяющего наличие людей в зданиях, на улице, в гараже, в банке, магазине, в кабине транспортного средства, при несанкционированном вскрытии сейфов, дверей и т.д., когда оповещение происходит при воздействии на пьезоэлементы силы тяжести или другой энергии, прикладываемой людьми посредством их несанкционированных действий. На транспортных магистралях с помощью пьезодатчиков может производиться контроль не только количества прошедшего транспорта, но и вес пропущенных машин.

1. Устройство использования пьезоэффекта в транспортных средствах, содержащее статор, на котором закреплен пьезоэлемент и ротор, на котором закреплены два деформирующих пьезоэлемент ролика, отличающееся тем, что ротор имеет механическую связь со ступицей транспортного средства и содержит подпружиненные ролики, имеющие возможность незначительного перемещения по направлению действующей на пьезоэлементы нагрузки, которые взаимодействуют с группами пьезоэлементов, расположенных в отверстиях, выполненных в изолированном статоре, причем количество роликов равно количеству групп пьезоэлементов, а сами пьезоэлементы в группах изолированы друг от друга и расположены плоскостями перпендикулярно действующей нагрузке, при этом они электрически соединены параллельно.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что механическая связь ролика с пьезоэлементами осуществляется посредством токонепроводящих поджимов, которые имеют впадины, а ролики - ответные круговые выступы, причем поджимы связаны между собой гибкими связями, имеющими впадину, совпадающую с выступом роликов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество пьезоэлементов в группе выбирается в зависимости от желаемой выходной диаграммы напряжения группы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям энергии на основе материалов с пьезоэлектрическими свойствами. Технический результат состоит в упрощении конструкции за счет использования стандартных материалов, деталей и компонентов.

Изобретение относится к электротехнике, к преобразованию энергии механического давления в электроэнергию, и может быть использовано для создания дополнительного источника питания для системы электроснабжения подводного судна.

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям энергии, работающим на основе применения пьезокерамических материалов. Технический результат состоит в обеспечении непрерывной выработки электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для получения энергии нетрадиционным способом. .

Изобретение относится к электрическим генераторам, преобразующим энергию внешнего переменного магнитного (электромагнитного) поля в электрическую энергию, и может быть применен в производстве альтернативных энергетических установок длительного пользования.

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическим преобразователям энергии, именно - к преобразователям, работающим с применением пьезокерамических материалов.

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям энергии, а именно к преобразователям, работающим на основе применения пьезокерамических и магнитострикционных материалов.

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике и может быть использовано в системах однократного действия. .

Изобретение относится к электрическим машинам и предназначено для генератора питания скважинной аппаратуры прибора. .

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическим преобразователям энергии, работающим на основе прямого пьезоэлектрического эффекта, и может быть использовано в качестве маломощного источника тока для питания маломощных электронных систем. Технический результат состоит в повышении мощности и эффективности преобразования. Пьезоэлектрический преобразователь кантилеверного типа механической энергии в электрическую содержит кантилевер, представляющий собой консольную балку из упругого материала, на которую наклеены пьезоэлектрические элементы с одной стороны (униморф) или с двух сторон (биморф). Один конец консольной балки закреплен в основании. На свободном конце укреплена дополнительная присоединенная масса. В основании дополнительно установлены четыре пьезоэлемента, два вверху и два внизу относительно балки, имеющие противоположные направления вектора поляризации. Плоскости их электродов прижаты с помощью элементов основания к проводящим слоям тонких металлизированных с одной стороны упругих прокладок. Дополнительные пьезоэлементы могут быть выполнены многослойными и соединены параллельно или последовательно. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к средствам мониторинга состояния пользователя за счет преобразования движения пользователя в электрическое напряжение. Раскрыты устройство (10) и способ преобразования движения пользователя в электрическое напряжение, устройство (90), система (100) и способ для мониторинга пользователя, датчик падения, содержащий устройство (90) для мониторинга пользователя, и способ обнаружения потенциального падения. Устройство (10) преобразования движения пользователя в электрическое напряжение содержит шейный шнур (20), пьезоэлектрический измерительный преобразователь (30) и печатную плату (40). Шейный шнур соединен с пьезоэлектрическим измерительным преобразователем и обеспечивает приложение тянущего усилия к пьезоэлектрическому измерительному преобразователю в первом направлении. Печатная плата электрически и механически соединена с пьезоэлектрическим измерительным преобразователем. Вес печатной платы является причиной приложения соответствующей силы тяжести к пьезоэлектрическому измерительному преобразователю во втором направлении, которое отличается от первого направления таким образом, что движение пользователя (5) с надетым шейным шнуром вызывает изменение формы пьезоэлектрического измерительного преобразователя, которое является причиной генерирования электрического напряжения. Такое электрическое напряжение может использоваться в качестве источника питания электрического компонента (41), установленного на ПП, или может использоваться как сигнал активации электрического компонента, такого как процессор (41) или акселерометр. Технический результат заключается в повышении достоверности мониторинга состояния пользователя при использовании пригодного для ношения устройства, преобразующего движение пользователя, который носит это устройство, в электрическое напряжение. 7 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям энергии, работающим на основе применения пьезокерамических материалов, и может быть использовано в любой области техники в качестве источника электроэнергии. Технический результат состоит в повышении эффективности. Устройство содержит ротор, имеющий механическую связь со ступицей транспортного средства, подпружиненные ролики, имеющие возможность незначительного перемещения по направлению действующей на пьезоэлементы нагрузки. Ролики взаимодействуют с группами пьезоэлементов, расположенных в отверстиях, выполненных в изолированном статоре. Количество роликов равно количеству групп пьезоэлементов. Пьезоэлементы в группах изолированы друг от друга и расположены плоскостями перпендикулярно действующей нагрузке и электрически соединены параллельно. Механическая связь ролика с пьезоэлементами осуществляется посредством токонепроводящих поджимов, имеющих впадины, а ролики имеют ответные круговые выступы. Поджимы связаны между собой гибкими связями с впадинами, совпадающими с впадиной роликов. Количество пьезоэлементов в группе выбирается в зависимости от желаемой выходного напряжения группы. Для создания необходимого постоянного напряжения, например для подзарядки аккумулятора транспортного средства, используется высокочастотный преобразователь напряжения, содержащий входной конденсатор, на обкладки которого подается высокое напряжение и расположенная между обкладками плоскостная выходная индуктивность, с которой снимается низкое напряжение. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх